无线电能传输系统技术方案

本文所公开的是用于接收来自感应式电能传输系统中的接收器线圈的AC信号的整流器电路。该电路配置为以工作频率工作。该电路包括：E类整流器；AC信号供应器，该AC信号供应器配置为向整流器电路供应AC信号；以及具有电感器和电容器的谐振网络。谐振网络具有谐振频率，谐振频率与工作频率的比率在1.75至3的范围内。

Radio power transmission system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线电能传输系统
本公开涉及感应式电能传输，特别是涉及用于在感应式电能传输电路中使用的E类整流器。
技术介绍
无线电能传输有许多工业应用，并且使用无线电能传输的设备(例如无线牙刷充电器、用于移动设备的无线充电垫，以及植入体内的无线充电医疗设备)继续日益受到欢迎。感应式电能传输(InductivePowerTransfer，IPT)是无线电能传输(WirelessPowerTransfer，WPT)的一个例子。在感应式电能传输系统的示例中，交流电流通过发射器线圈。这导致发射器线圈产生时变磁场。当接收器线圈放置在时变磁场中时，磁场在接收器线圈中感应出交流电流，然后该交流电流可以用于驱动负载。因此，电能通过时变磁场从发射器线圈无线传输到接收器线圈。强耦合感应链路倾向于在数十至数百千赫兹(KHz)的范围内工作。相反，弱耦合感应链路倾向于在低兆赫兹(MHz)的范围内工作以增加它们的链路效率(ηlink)。感应链路的最佳链路效率(ηlink,opt)可以被描述为：其中，参数k为形成链路的线圈之间的磁耦合，Qrx和Qtx分别为接收线圈(Lrx)和发射线圈(Ltx)的空载品质因数。线圈的空载品质因数可以定义为在特定频率下线圈的电抗与线圈的等效串联电阻的比率。在具有空心线圈的感应链路中，耦合系数可以从大约1％变化到大约10％。当与在其线圈中使用铁氧体的感应链路相比时，这种耦合系数值相对较低。因此，弱耦合感应链路倾向于在低MHz的区域内工作，以便通过增加形成链路的线圈的空载品质因数而补偿低耦合系数，来增加弱耦合感应链路的最佳链路效率(ηlink,opt)。当接收线圈在所产生的磁场的频率处调谐，并且AC负载电阻(Rac)与调谐电容器的电抗(Crx)的比率满足某一确定值(αopt)时，出现特定感应链路几何的最佳链路效率。αopt值在以下两个表达式中定义，并且取决于形成感应链路的线圈之间的耦合系数、两个线圈的空载品质因数以及Lrx(并联(图1a)或串联(图1b))的调谐方法。当整流器被添加到感应链路时，例如当整流器被添加到图1a-1b中任意接收器侧的电路时，其输入电阻将是AC负载。相应地，应当根据最佳链路效率要求选择整流器。此外，应当选择整流器拓扑结构，使得整流器拓扑结构在工作的频率处有效；整流器拓扑结构与调谐的接收线圈的输出类型(无论是用于并联的调谐的接收线圈的电压输出(图1a)还是用于串联的调谐的线圈的电流输出(图1b))兼容；以及使得整流器拓扑结构的输入电抗被Crx吸收以使Lrx的调谐不受影响。E类整流器由于其有效的软开关能力和由此允许的低电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)工作，而被认为是多兆赫兹(MHz)应用集成的良好的可能候选。
技术实现思路
在独立权利要求中阐述了一专利技术。在从属权利要求中列出了可选的特征。在此公开的是用于接收来自感应式电能传输系统中的接收器线圈的AC信号的整流器电路。该电路包括E类整流器，且该电路配置为以工作频率工作。该电路包括具有谐振频率的谐振网络，其中谐振频率与工作频率的比率在1.75至3的范围内。根据第一方面，提供了用于接收来自感应式电能传输系统中的接收器线圈的AC信号的整流器电路。该电路包括E类整流器和配置为向整流器电路供应AC信号的AC信号供应器。该电路配置为以工作频率工作。该电路包括具有谐振频率的谐振网络。谐振网络是包括电感器和电容器的LC网络，并且谐振频率与工作频率的比率在1.75至3的范围内。AC信号供应器可以与谐振网络分开和分离，并且反过来，谐振网络可以与AC信号供应器分开和分离。特别地，谐振网络的电感器和电容器可以与AC信号供应器分开和分离。在AC信号供应器是布置成接收AC信号并且将AC信号引入和/或供应至整流器电路的接收器线圈的实施例中，谐振网络及其组成部件可以与接收器线圈分开和分离。特别地，谐振网络的电感器可以在AC信号供应器的外部，并且特别地可以在接收器线圈的外部。因此，电感器可以包括在接收器线圈的外部，并且布置在整流器电路中，以提供除AC信号供应器的任何固有电感之外的电感。可选地，谐振网络的电感器可以耦合到AC信号供应器。电感器可以直接耦合到AC信号供应器。可选地，谐振网络的电感器可以与AC信号供应器串联布置。可选地，该电路包括接收器线圈。换句话说，AC信号供应器包括接收器线圈。可选地，接收器线圈是空心线圈。可选地，工作频率由来自接收器线圈的AC信号确定。可选地，整流器电路耦合到D类逆变器，并且工作频率由D类逆变器的输出频率确定。可选地，整流器电路耦合到E类逆变器，并且工作频率由E类逆变器的输出频率确定。可选地，整流器电路耦合到EF类逆变器，并且工作频率由EF类逆变器的输出频率确定。换句话说，AC信号供应器可以是接收器线圈和/或逆变器。该逆变器可以是D类逆变器、E类逆变器、EF类逆变器或本文公开的任何逆变器。可选地，逆变器布置为驱动负载电阻，并且包括开关器件，该开关器件布置在电源和地之间并布置为以开关频率切换。谐振网络与在电源和地之间的开关器件并联布置，谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在工作中，基本上恒定的电流通过负载电阻。可选地，工作频率由包括电感器和电容器的谐振回路电路的输出频率确定。可选地，谐振频率与工作频率的比率在1.75至2的范围内，可选地在1.8至2的范围内，并且可选地在1.8至1.9的范围内。可选地，整流器电路还包括二极管，并且可选地，其中跨二极管放置并联电容器。可选地，AC信号是输入电压；谐振网络的电容器耦合到输入电压并具有电容Cs；并联电容器具有电容Cp，Cp与Cs的比率大于零。有利地，这种混合E类整流器可以仿真任何给定的DC电阻(Rdc)的任何输入AC电阻。可选地，整流器是非同步整流器。可选地，谐振频率与工作频率的比率在2至3的范围内。可选地，整流器电路还包括晶体管。可选地，整流器是同步整流器。根据另一方面，提供了一种组合式逆变器-整流器电路，该逆变器-整流器电路包括与逆变器电路耦合的整流器电路。整流器电路如上和在此所述，并且逆变器适合“EF”类工作。逆变器布置为驱动负载电阻，并且逆变器包括布置在电源和地之间的开关器件，开关器件布置为以开关频率切换。逆变器还包括与在电源和地之间的开关器件并联布置的谐振网络，该谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在工作中，基本上恒定的电流通过负载电阻。在此公开的是一种组合式逆变器-整流器电路，该逆变器-整流器电路包括与逆变器电路耦合的整流器电路。整流器电路如上和在此所述，并且逆变器适合“EF”类工作。逆变器布置为驱动负载电阻，并且逆变器包括布置在电源和地之间的开关器件，开关器件布置为以开关频率切换。逆变器还包括与在电源和地之间的开关器件并联布置的谐振网络，该谐振网络具有谐振频率，该谐振频率是开关频率的非整数倍，使得在工作中，基本上恒定的电流通过负载电阻。根据另一方面，提供了一种用于驱动感应式电能传输系统中的发射器线圈的E类逆变器电路。逆变器布置为驱动负载电阻并且包括布置为以开关频率切换的开关器件，以及与开关器件并联布置的谐振网络。电路布置为使得在开关器件被导通的时刻，开关器件两端的电压为零或大致为零且电压的时间导数为负；并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.整流器电路，用于接收来自感应式电能传输系统中的接收器线圈的AC信号，所述电路配置为以工作频率工作，所述电路包括：E类整流器；AC信号供应器，配置为向所述整流器电路供应AC信号；具有电感器和电容器的谐振网络，其中所述谐振网络具有谐振频率，并且其中所述谐振频率与所述工作频率的比率在1.75至3的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 GB 1620236.8;2016.12.02 GB 1620552.81.整流器电路，用于接收来自感应式电能传输系统中的接收器线圈的AC信号，所述电路配置为以工作频率工作，所述电路包括：E类整流器；AC信号供应器，配置为向所述整流器电路供应AC信号；具有电感器和电容器的谐振网络，其中所述谐振网络具有谐振频率，并且其中所述谐振频率与所述工作频率的比率在1.75至3的范围内。2.根据权利要求1所述的整流器电路，其特征在于，所述谐振网络的所述电感器耦合到所述AC信号供应器。3.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述AC信号供应器包括所述接收器线圈。4.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述接收器线圈是空心线圈。5.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述工作频率由来自所述接收器线圈的所述AC信号确定。6.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器电路耦合到D类逆变器，并且所述工作频率由所述D类逆变器的输出频率确定。7.根据权利要求1至5所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器电路耦合到E类逆变器，并且所述工作频率由所述E类逆变器的输出频率确定。8.根据权利要求1至5中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器电路耦合到EF类逆变器，并且所述工作频率由所述EF类逆变器的输出频率确定。9.根据权利要求6至8中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述逆变器布置为驱动负载电阻，并且所述逆变器包括：开关器件，该开关器件布置在电源和地之间并布置为以开关频率切换；以及谐振网络，该谐振网络与在所述电源和所述地之间的所述开关器件并联布置，所述谐振网络谐振频率是所述开关频率的非整数倍，使得在工作中，基本上恒定的电流通过所述负载电阻。10.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述工作频率由包括电感器和电容器的谐振回路电路的输出频率确定。11.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述谐振频率与所述工作频率的比率在1.75至2的范围内，可选地在1.8至2的范围内，并且可选地在1.8至1.9的范围。12.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器电路还包括二极管，并且可选地，跨所述二极管放置并联电容器。13.根据前述权利要求12所述的整流器电路，其特征在于：所述AC信号是输入电压；所述谐振网络的所述电容器耦合到所述输入电压并具有电容Cs；并且其中所述并联电容器具有电容Cp，Cp与Cs的比率大于零。14.根据权利要求12或13所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器是非同步整流器。15.根据权利要求1至11中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述谐振频率与所述工作频率的比率在2至3的范围内。16.根据前述权利要求中任一项所述的整流器电路，其特征在于，所述整流器电路还包括晶体管。17.根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·耶茨，乔治·凯利斯，保罗·米切森，萨梅尔·阿尔达希尔，
申请(专利权)人：帝国科技及医学学院，
类型：发明
国别省市：英国,GB